Th17/IL-17与牙周炎和糖尿病相关性的研究进展

王佳，陈晓涛

(1.石河子大学医学院，新疆 石河子 832000； 2.新疆维吾尔自治区人民医院口腔科，乌鲁木齐 830001)

牙周炎临床表现为结缔组织附着丧失、牙槽骨吸收、牙齿松动。流行病学研究显示，全球约2/3人口患有牙周病，其是导致成人失牙的最主要原因[1]。随着“牙周医学”的提出，越来越多的学者发现牙周炎和许多全身系统性疾病存在密切联系，其中糖尿病与牙周炎关系的研究最广泛。糖尿病是一组由胰岛素抵抗或胰岛素分泌不足引起的糖、脂肪、蛋白质代谢紊乱疾病，主要表现为高血糖[2]。国际糖尿病联合会报道称，2015年全球成人糖尿病患者约4.15 亿，预计到2040年全球糖尿病患者将增加至6.42亿[3]。糖尿病按发病机制可分为1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)和2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)。糖尿病与牙周炎互为危险因素[4]。流行病学调查显示，糖尿病患者的牙周炎患病风险是非糖尿病患者的3倍[5]，且持续的牙周感染可增加血糖控制的难度。研究表明，炎症和免疫因素在糖尿病和牙周炎的发病机制中起重要作用[6]。辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)17在促炎、抗菌、介导自身免疫性疾病中发挥关键作用[7]。白细胞介素-17(interleukin-17，IL-17)是强促炎细胞因子，通过募集和迁移中性粒细胞，发挥免疫调节作用[8]。现对Th17/IL-17在牙周炎和糖尿病相关关系中的作用机制及研究进展予以综述。

1 Th17细胞及其主要效应分子IL-17

1.1Th17细胞及其诱导分化 Th细胞是CD4+T细胞的重要组成部分，是构成机体免疫系统的主要细胞。当病原体或变应原刺激机体后，抗原呈递细胞诱导未分化的初始T淋巴辅助细胞(Th0细胞)分化为不同的效应谱系——Th1、Th2、Th17以及表达叉头框蛋白P3(forkhead box protein P3，FoxP3)的调节性T细胞(T regulatory cell，Treg细胞)等细胞亚群[9]，不同T细胞亚群的转录调控因子及细胞因子表达谱各不相同，在发生发展过程也发挥着不同作用，当不同T细胞亚群的数量、功能发生异常时，机体免疫功能出现紊乱而致病。以往研究认为，Th1/Th2的平衡状态对维持免疫系统的稳定至关重要，Th1和Th2细胞主要通过分泌γ干扰素和IL-4分别介导细胞免疫和体液免疫反应[10]。近年发现了一类能够特异性分泌IL-17的新的Th细胞亚群，将其命名为Th17细胞[7]。Th17细胞弥补了Th1/Th2不能解释的自身免疫和炎症反应 。类似于Th1/Th2平衡，Th17和Treg细胞存在一定的平衡状态。在高浓度转化生长因子-β的刺激下，Th0细胞可分化为Treg细胞，主要分泌IL-6，在维持免疫耐受、保护炎症组织免受不良免疫反应方面发挥关键作用[11]；而低浓度转化生长因子-β可激活信号转导及转录激活因子3和视黄酸相关孤儿核受体γt转录因子，诱导Th0细胞向Th17分化[7]。Th17细胞通常参与强烈的促炎反应，但也可作为静止细胞存在于皮肤和黏膜等组织[12]。体内促炎细胞因子较多时，可促进Th17的致炎作用。综上所述，Th17细胞的分化和调控由复杂的细胞因子和转录因子网介导，可能导致炎症和自身免疫性疾病的发生。

1.2IL-17的生物特性及功能 IL-17主要由Th17细胞分泌，NK细胞、γδT细胞、CD8+T细胞也可分泌IL-17[13]。IL-17基因位于人体第6号染色体，是由二硫键连接的同型二聚体组成的糖蛋白，有155个氨基酸[14]。IL-17家族由IL-17A～IL-17F六个配体组成，它们之间具有相似的结构，可以作为同型二聚体存在，也可以形成异型二聚体。IL-17受体广泛表达于上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞和滑膜细胞等细胞中。IL-17A和IL-17F可通过同二聚体或IL-17A/F异二聚体与IL-17受体A和IL-17受体C结合，激活上游核因子κB (nuclear factor-kappa B，NF-κB)、激活蛋白-1、CCAAT/增强子结合蛋白信号传导通路，诱导产生多种炎症介质(IL-6和CXC趋化因子配体8)、特异性中性粒细胞趋化因子、破骨因子[核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)]、抗菌肽和粒细胞集落刺激因子等，引起炎症细胞浸润和组织损伤[15]。IL-17本身是弱的促炎因子，其强大的炎症效应源于与其他细胞因子的协同作用，以及其招募和维持炎症细胞(如中性粒细胞)的能力。IL-17A与IL-17F协同作用也可激活、募集中性粒细胞，促进树突状细胞的成熟，驱动T细胞的应答，IL-17还可协同IL-8与粒细胞集落刺激因子参与中性粒细胞的增殖和成熟，从而促进炎症进展，增强免疫应答[16]。可见，IL-17可协同其他细胞因子，发挥强致炎作用。

2 Th17/IL-17与牙周炎的相关性

牙周病是多因素疾病，病因复杂，机制不明。牙菌斑作为牙周病的始动因子，除了菌斑生物膜的直接损害外，微生物引起机体过度或失衡的免疫反应被认为是导致牙周组织广泛破坏的重要因素。研究表明，不同放线菌血清型引起的牙周损伤可引起明显的牙槽骨吸收和免疫应答，尤其是在实验性牙周炎中，血清型B型放线菌的致病性更强，可引起较强的Th1和Th17型免疫反应[17]。Cheng 等[18]发现，在单核细胞/CD4+T细胞共培养中加入牙龈卟啉单胞菌或放线菌，可促进Th17/IL-17的应答，且呈剂量和时间依赖性，表明牙周致病菌可能引发Th17/IL-17的免疫反应。

体内过量Th17/IL-17也参与了牙周炎发生、发展。Han等[19]通过构建实验性牙周炎动物模型发现，与健康对照组相比，牙周炎动物模型牙龈和颈部淋巴结中Th17细胞增加，Treg细胞比例降低，表明在牙周炎状态下，Th17/Treg存在免疫失衡。Th17细胞通过分泌特异性细胞因子IL-17在牙周炎的发生发展中发挥作用。一方面，IL-17作用于成纤维细胞，产生基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，引起结缔组织破坏；IL-17还可作用于成骨细胞，增加RANKL的表达，参与牙周病变部位破骨细胞活化以及骨吸收[20]。正常免疫调节下，核因子κB受体活化因子与RANKL结合维持破骨与成骨过程的平衡，而过量IL-17可通过诱导局部组织炎症，增加成骨细胞内RANKL的表达，其与RANK结合，诱导破骨细胞前体向破骨细胞分化，从而间接诱导骨吸收或直接介导破骨细胞形成[21]。另一方面，IL-17刺激上皮细胞产生抗菌肽，发挥抗菌和保护性的抗微生物免疫作用。大量临床研究证明，过量IL-17会加重炎症反应，促进牙周炎的发生发展，且与牙周炎的炎症程度相关。研究显示，慢性牙周炎患者外周血和牙周组织中Th17/IL-17和Th1/γ干扰素水平均较健康人群高，提示外周血和牙周局部Th17和Th1细胞的升高可能参与了慢性牙周炎的发病过程，同时龈沟液中IL-17的表达水平与牙周炎的炎症程度相关[22]。Zekeridou等[23]研究显示，慢性牙周炎患者牙周治疗后的龈沟液中IL-17水平较治疗前降低，表明牙周治疗可改善局部炎症水平。吴偲偲等[24]研究显示，与正常组小鼠相比，IL-17A基因敲除牙周炎模型小鼠牙槽骨吸收量及RANKL表达明显降低，表明沉默IL-17A表达可能抑制牙槽骨的吸收。由此可见，Th17/IL-17可能在牙周炎的发生发展过程中具有重要作用。

3 Th17/IL-17与糖尿病的相关性

T1DM多见于青少年，是T细胞介导的自身免疫性疾病，胰岛β细胞破坏导致胰岛素缺失，进而出现无法控制的高血糖，且疾病的发生发展与免疫失调及炎症细胞因子和其他介质间的相互作用紊乱密切相关。CD4+细胞尤其是Treg细胞、CD8+细胞、产生自身抗体的B细胞和先天免疫细胞均参与了T1DM的发病过程[25]。Th17细胞在T1DM的发生发展中发挥促炎作用，而Treg细胞发挥了免疫保护作用。临床研究表明，与健康对照组相比，T1DM患者分泌IL-17的单核T细胞数量更多，经长期观察发现，T1DM患者外周血中产生IL-17的T细胞明显增加[26]。将非肥胖糖尿病小鼠作为T1DM动物模型，Duan等[27]发现，二甲双胍可抑制非肥胖糖尿病小鼠Th1和Th17细胞的分化，促进Treg细胞增殖，通过抑制Th1和Th17细胞分化显著减轻自身免疫性胰岛炎的严重程度。

此外，IL-17也被证明在T1DM中发挥作用。Arif等[28]研究表明，激活IL-17途径会加速胰岛β细胞凋亡，导致自身免疫性糖尿病，同时发现新诊断T1DM患者胰腺中IL-17A的表达明显升高。与野生型非肥胖型糖尿病小鼠相比，IL-17缺陷非肥胖型糖尿病小鼠表现为T1DM发病延迟[29]，表明IL-17可能参与了T1DM的发病，为T1DM治疗提供了潜在的免疫靶点。T2DM占全部糖尿病的90%以上，多发病于35～40岁之后，是一种遗传、环境和行为等多种因素参与的复杂疾病。胰岛素抵抗是T2DM的发病基础[30]。研究表明，IL-17分泌失调导致促炎细胞因子过度表达和慢性炎症，这种炎症状态可能在胰岛素抵抗的进展中起重要作用[31]。T2DM实质是一种全身低度慢性炎症状态，常伴有炎症细胞因子水平的异常[32]。李强和王玉斌[33]通过造模实验发现，糖尿病模型小鼠的IL-17水平及信使RNA表达较造模早期更高。李大伟等[34]研究显示，糖尿病患者外周血中Th17细胞数量及效应因子IL-17高于健康对照组，表明Th17/IL-17可能在T2DM的发生发展中起重要作用。同时，Th17/IL-17水平与糖尿病患者血糖控制有一定相关性。临床研究表明，异常糖代谢(T2DM等)患者血清IL-17水平较健康对照组明显升高，空腹血糖、胰岛素抵抗指数与IL-17等细胞因子水平密切相关，表明IL-17可作为糖调节受损的评价指标，可能参与了T2DM的发病机制[35]。另外，通过抗感染治疗或降低免疫炎症因子水平，可显著改善T2DM患者的糖代谢异常[36]，进一步证明了IL-17在T2DM中的重要调控作用，但具体机制尚不明确。有研究表明，IL-17可能通过激活NF-κB通路，上调炎症细胞因子基因表达，刺激促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α)的分泌，从而抑制胰岛素信号通路，诱导胰岛素抵抗，最后导致T2DM的发生发展[37]。大量研究证明了促炎信号通路的激活与胰岛素敏感性降低之间的密切关系，促炎细胞因子不仅导致胰岛素抵抗，还直接参与胰岛β细胞凋亡和破坏，最终导致T2DM的发生[28,32,36]。综上，Th17/IL-17在T1DM和T2DM中均具有重要作用。

4 Th17/IL-17在牙周炎和糖尿病相互联系中的作用

牙周病是糖尿病的第六大并发症[38]，未加控制的糖尿病是牙周炎发病和进展的诱发危险因素[39]。流行病学调查显示，血糖控制不佳糖尿病患者的牙槽骨吸收发生风险是健康者的11.4倍[40]，中重度牙周炎的发生风险较健康者高2～3倍[41]。反之，牙周炎可能通过增加循环促炎细胞因子的水平来影响胰岛素代谢，Catherine等[42]发现，代谢综合征合并牙周炎患者的胰岛素抵抗指数与附着丧失、牙周袋深度呈正相关，提示牙周炎与胰岛素抵抗存在相关性。糖尿病和牙周炎的治疗相辅相成，良好的血糖控制有助改善牙周局部状况，有效的牙周治疗可使糖化血红蛋白降低10.8%[43]，进一步证明了糖尿病与牙周炎之间的双向关系。

糖尿病与牙周炎之间双向关系的内在机制仍不明确。免疫失调和炎症细胞因子失衡可能是引起糖尿病与牙周炎双向关系的关键因素。早期研究指出，趋化和吞噬缺陷可能是糖尿病患者牙周炎易感性增加的主要原因[44]。但另有研究认为，牙周炎与糖尿病的双向关系机制可能与牙周组织中积累的晚期糖基化终末产物引起胶原代谢异常有关，阻断晚期糖基化终末产物信号可以减少炎症细胞因子分泌和MMP表达，并减少牙周骨丧失[45-46]。牙周炎与糖尿病的免疫病理特征均以慢性炎症和免疫失衡为主。炎症是机体在感染和损伤过程中产生的一种预防感染和促进再生的生理免疫反应，但持续未缓解的炎症可导致宿主组织的损伤。引起糖尿病牙周损伤加重的原因可能与细菌致病性以及宿主反应性的改变有关[47]。与血糖正常对照组相比，结缔组织接种同样细菌的T2DM组引起的炎症反应更重[48]。

炎症的调节是一个复杂的过程，由免疫系统的信使(如细胞因子)严格控制。牙周炎可能通过IL-17 的炎症作用影响T2DM的胰岛素代谢。IL-17A和IL-17F主要由Th17细胞产生，参与包括糖尿病和慢性炎症(如牙周炎)在内的自身免疫性疾病的发病。与健康对照组相比，慢性牙周炎伴T2DM患者血清IL-17水平明显升高，且IL-17水平与牙周状况、糖化血红蛋白水平、空腹血糖水平呈正相关，且非手术牙周治疗能显著降低患者血清IL-17水平[49]，表明IL-17可能在慢性牙周炎合并T2DM的发生发展中起重要作用。牙周炎主要病理和免疫学改变包括牙周袋形成、牙槽骨吸收、IL-17等炎症因子的大量释放。IL-17通过牙周袋溃疡面进入血液循环，参与中性粒细胞的活化、成熟，间接引起氧化应激，激活IκB激酶，干扰正常胰岛素传导通路，导致胰岛素抵抗；同时，IκB激酶可激活NF-κB炎症信号通路，产生肿瘤坏死因子-α、IL-17等炎症细胞因子，导致炎症反应，从而形成一个反馈通路，导致T2DM的慢性炎症状态[50]。

T2DM是一种遗传、环境和行为等多种因素参与的复杂疾病。有学者认为，T2DM及其并发症呈免疫依赖性，可以改变细胞因子表达[51]。高糖水平可能直接导致活性氧类的生成、晚期糖基化终末产物激活NF-κB以及抗氧化剂的丢失，从而导致炎症水平增加[47]。IL-17增加通过改变口腔微生物群的组成提高致病性，进一步加重牙龈炎症；此外，IL-17可通过上调多种细胞因子如肿瘤坏死因子和RANKL诱导破骨细胞发生，加重牙槽骨吸收[52]，同时还可作用于成纤维细胞，产生MMP，引起结缔组织损伤。Jiang等[53]发现，牙周炎期糖尿病型恒河猴IL-17信使RNA的表达明显升高，可能是高血糖环境加速了牙周组织的炎症反应，并且削弱了牙周组织的防御系统。Xiao等[54]发现，糖尿病通过增强IL-17表达引起口腔细菌成分的改变，使小鼠口腔微生物更具致病性，而IL-17抗体治疗可降低糖尿病小鼠口腔微生物群的致病性，提示抗IL-17免疫治疗可能减少糖尿病并发牙周炎的发生。可见，T2DM可能通过IL-17影响口腔微生物群，增加牙周炎的患病风险。

5 小 结

牙菌斑中的细菌及其产物作为始动因子可能触发机体的免疫反应，促使Th17细胞分化并分泌IL-17，从而激活破骨细胞和分泌MMP，导致牙槽骨吸收和结缔组织破坏；同时，IL-17与受体结合通过多种信号通路引起胰岛素抵抗，或通过其他细胞因子的协同作用参与破坏胰岛β细胞，促进糖尿病的发生发展。目前，有关Th17/IL-17与牙周炎合并糖尿病相关性的临床研究较少，牙周炎和糖尿病之间双向关系的机制尚不明确。鉴于Th17/IL-17在糖尿病中的作用，以及外周血、龈沟液中IL-17水平与牙周炎炎症程度的高度相关性，推测Th17/IL-17将可能成为新的牙周炎合并糖尿病患者的免疫治疗靶点。